802.11无线mac协议中关键技术的研究

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1、学校代码10530学号201330111700分类号TN911密级硕士学位论文802.11无线MAC协议中关键技术的研究学位申请人邓亚风指导教师裴廷睿教授学院名称信息工程学院学科专业信息与通信工程研究方向无线通信理论与技术二〇一六年六月四日ResearchontheKeyTechnologiesof802.11WirelessMACProtocolCandidateDengYaFengSupervisorPeiTingRuiCollegeInstituteofInformationEngineer

2、ingProgramInformationandCommunicationEngineeringSpecializationWirelessCommunicationTheoryandTechnologyDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangTanUniversitythDateJune42016摘要现如今WLAN已经随处可用并融入到我们的生活，学习，工作与娱乐当中。而IEEE802.11媒体控制接入协议作为被广泛应用于WLAN中的国际标准也顺其自然地成为

3、了研究学者的研究热点。媒体控制接入协议主要作用是控制设备以共享的方式访问介质。为了满足用户的需求，如更快的速度，更稳定的使用以及低延迟等等，原802.11MAC协议提出的虚拟载波监听和二进制指数退避机制可以缓解网络中频繁碰撞的问题并保障稳定的传输。但是，对于各种应用场景下的WLAN而言这两个机制并不能使网络获得最优的性能表现，尤其是该协议在碰撞和吞吐量方面还有很大的提升空间。所以如何在理解802.11MAC协议的基础上对其进行进一步的改进优化也具有很重要的现实意义。本文在802.11MAC协议的基

4、础上做了相关改进，设计的协议主要是通过减少碰撞以提高网络的吞吐量，本文中具体的研究和创新内容为：研究了分布式无线网络中结合CSMA/CA机制与TDMA思想的混合式MAC协议。提出了一种压缩时隙碰撞避免的MAC协议，通过压缩TDMA周期中空闲时隙和免碰撞的方式提高网络的信道利用率和吞吐量。而退避机制也与传统的二进制指数退避计时完全不同，是提供节点固定的时隙槽来竞争信道，当所有节点都能选取到一个独占的时隙槽时可以实现免碰撞状态。本文通过理论分析验证了单跳网络中必然能够实现免碰撞状态，也得出了网络从初始

5、状态到实现免碰撞状态所需的TDMA周期数目。同时也与最新的此类MAC协议做了相关实验仿真对比，实验结果表明设计的协议无论在满载模式还是轻载模式均表现出最好的性能。了解并研究了使用多个接口的节点在多信道网络中的MAC协议基本工作原理，改进了原802.11MAC协议以适应具备多个接口的节点，提出了一种多接口以协作方式工作的MAC协议。该协议可利用单个接口的成功握手信息同时建立起多个接口之间的传输关系，通过这种协同工作方式可以提高多接口的利用效率。并且，所有接口采用同时竞争信道的方式，可以有效降低节点之

6、间建立传输关系的时间并获得高吞吐量。另外，成功传输的节点选取当前信道作为下次传输的决策信道，可有效降低隐藏终端对网络的影响。实验结果表明，比此类MAC协议的吞吐量以及碰撞方面都有很大改善，性能优异。关键字：WLAN；MAC协议；CSMA/CA；吞吐量；碰撞IAbstractWLANhasbeenavailableeverywhereandintoourlives,study,workandentertainment.IEEE802.11mediaaccesscontrolprotocol,whic

7、hiswidelyusedintheinternationalstandardofWLAN,naturallybecomestheresearchfocustoresearchscholars.Mediaaccesscontrolprotocolisusedtocontrolthedevicestocontendforthesharedmedia.Inordertomeettheneedsofusers,suchasafasterspeed,amorestableenvironmentandlow

8、erlatency,etc.,theoriginal802.11MACprotocolproposedtheCSMA/CAandthebinaryexponentialbackoffmechanismstodecreasecollisionsinthenetworkandkeepthetransmissionstable.However,thesemechanismscannotachievethebestperformanceofthenetworkforvariousappli